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菌渣厌氧发酵制取沼气

06月19日 编辑 fanwen51.com

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菌渣厌氧发酵制取沼气

摘要:以酒糟菌渣为原料,在实验室内利用自行设计的发酵装置进行了批次发酵试验,探讨了菌渣厌氧发酵的产沼潜力及影响因素,并在农户沼气池内进行了应用试验。

结果表明:菌渣经过适当处理可实现高效发酵产出沼气,原料产气率可达0.133 m3/kg干物质,产气潜力约为秸秆的一半,但菌渣产沼气具有预处理方式简便、启动迅速等优点。

菌渣产沼气的最佳参数为:将菌渣和牛粪以7∶3的配比(以干物重计)制作发酵原料,发酵原料、沼液、水以5∶3∶2的比例(按重量计)混合,堆沤预处理3~5 d后,投入发酵装置,添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。

菌渣用于农户沼气池发酵产气可行,气温较高的季节可满足农户日常生活所需,应用时宜采取分批进料方式。

关键词:菌渣;厌氧发酵;沼气

在食用菌生产中会产生大量废弃栽培料即菌渣,若按70%生物效率计算,我国每年约有600多万吨食用菌废料[1]。

由于菌渣再利用技术的缺乏,大量菌渣被随意堆放丢弃[2],易滋生有害生物,威胁食用菌生产并对环境造成新的污染。

菌渣中含有大量未被利用的有机物和营养物质,如蛋白质、氨基酸、菌类多糖及Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素和维生素等[3],有些营养成分甚至高于原生培养料,目前用于二次种菇的研究较多,如金针菇菌渣栽培平菇等[4]。

菌渣如作为生物能源的原料制取沼气,可以改善农村的能源结构和卫生条件,提高农民生活质量,促进农民持续增收节支[5],既能缓解食用菌生产原料成本高、菌林和菌牧矛盾加剧等问题而实现菌糠的再次利用,又能减少对环境的破坏和污染,实现资源循环利用。

食用菌生产栽培料主要以棉子壳、锯木屑、稻草、玉米芯、酒糟及农作物秸秆等农副产品为主,菌渣的成分也和秸秆类似。

此外残留菌丝还可提供大量速溶养分,完全可以作为沼气发酵的原料,但目前以菌渣为原料进行沼气发酵的研究较少。

李亚冰等[6]以批量发酵的方式进行了食用菌菌糠发酵产沼气试验,菌糠可以作为沼气发酵原料,添加尿素可以显著提高沼气产气量。

程辉彩等[7]以平菇菌糠为原料,试验研究了有机负荷、碳氮比、pH值等因素对沼气发酵的影响。

本研究以废弃鸡腿菇菌渣为发酵原料,在本所实验室内利用自行设计的发酵装置进行了批次发酵试验,探讨了菌渣厌氧发酵的产沼潜力及影响因素,并在农户沼气池内进行了应用试验,取得了较好的效果。

1材料与方法

1.1供试材料

以酒糟为主料栽培鸡腿菇后的废弃菌渣,取自山东省平阴县鸡腿菇种植户;新鲜奶牛粪取自山东省农业科学院畜牧兽医研究所奶牛研究中心,接种物为发酵良好的鸡粪沼液。

发酵原料的理化性质见表1。

鸡腿菇菌渣的碳氮比与秸秆的(65%~85%)相比较低,说明在蘑菇生长过程中通过白腐菌的分解,利用了大约一半的有机成分,因此预测总的产气潜力低于作物秸秆。

1.3试验设计

试验基本流程:菌渣去除覆土后充分捣碎。

称取一定重量的菌渣,分别加入一定数量的沼液和水浸湿,充分混合后装入塑料桶内密封进行堆沤预处理。

经过一定时间的堆沤预处理后,将其装入发酵瓶进行厌氧发酵。

发酵瓶每瓶装料1.0 kg,根据试验设置加入不同比例的沼液作为接种物,加水至2 L定容。

接种物采用发酵良好的以鸡粪为原料的沼气池内沼液。

发酵期间每日测定产气量,择时测定pH值。

每组试验做2个平行样品,结果取平均值。

实验室试验时间为2012年4~9月。

1.3.1预处理堆沤时间试验粉碎好的菌渣加沼液和水浸湿,装入塑料桶内密封堆沤,菌渣、沼液、水的重量比为5∶3∶2。

堆沤期间每天搅拌1次,堆沤时间分别为

1、

3、

5、

7、10 d。

1.3.2碳氮比调节试验以牛粪为外加氮源,将其与菌渣以不同的比例混合预处理5 d后入瓶发酵。

以干物质重计,分别为100%菌渣、90%菌渣+10%牛粪、80%菌渣+20%牛粪、70%菌渣+30%牛粪。

发酵原料(菌渣+牛粪)、沼液、水的质量比为5∶3∶2。

1.3.3接种物浓度试验 粉碎好的菌渣不经过堆沤,直接装料入瓶,并分别加入总物料重量比10%、20%、30%、50%的沼液作为接种物,考察不同接种量对于沼气产量和启动速度的影响。

1.3.4户用沼气池应用试验在山东省平阴县种植鸡腿菇的村庄,选取3口户用沼气池,对酒糟菌渣进行堆沤预处理后入池发酵。

沼气池容积10 m3,每池装料1 000 kg。

菌渣去除覆土后充分捣碎;在菌渣底部铺一层塑料薄膜,将菌渣分层码堆,一层沼液一层水把菌渣泼湿;菌渣、水、沼液的比例约为5∶2∶1;预处理后手感潮湿。

用塑料薄膜盖住堆沤5 d,堆沤期间每日翻堆1次;将堆沤后的菌渣入池,加入沼液1.5 m3作为接种物,加水至池容的70%左右,搅拌均匀封盖后开始发酵。

试验时间为2012年8~11月。

1.4测定指标

pH值:BANTE220便携式pH计。

产气量:实验室试验产气量以排水法计量,根据产气量多少每日测定1~2次。

户用沼气池产气量以燃气表计量,每日计量1次。

2结果与分析

2.1试验期间室温的变化情况

试验中菌渣在常温情况下厌氧发酵,每日9时和15时测定实验室内温度,取其平均值(图2)。

本次发酵试验跨度达6个月,期间属于当地气温较高季节,温度适宜厌氧沼气发酵。

试验期间最高室温31.5℃,最低室温10℃,最高日温差达8℃,短时间内温度变化幅度过大可能对发酵微生物造成不利影响。

3结论

3.1鸡腿菇菌渣经过适当的处理可实现高效发酵产沼气,最高产沼气75.69 L(装料1 kg菌渣),原料产气率可达0.133 m3/kg干物质,产气潜力约为秸秆的一半,但菌渣产沼具有预处理方式简便、启动迅速等优点。

3.2鸡腿菇菌渣产沼的最佳参数为:将菌渣和牛粪以7∶3的比例(以干物重计)配比发酵原料,以重量比5∶3∶2将发酵原料、沼液、水混合搅拌均匀,堆沤预处理3~5 d后投入发酵装置,添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。

3.3菌渣用于户用沼气池发酵产气可行,气温较高的季节可满足农户日常生活所需,应用时宜采取分批进料的方式。

参考文献:

[1]陈君琛,沈恒胜,汤葆莎,等.食用菌菌糠再利用技术研究[J].中国农学通报,2006,22(11):410-412.

[2]孙建华,袁玲,张翼.利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究[J].中国土壤与肥料,2008,1:52-55.

[3]王德汉,项钱彬,陈广银.蘑菇渣资源的生态高值化利用研究进展[J].有色冶金设计与研究,2007,28(2~3):262-266.

[4]王庆武,安秀荣,李秀梅,等.金针菇菌渣栽培平菇配方试验[J].山东农业科学,2012,44(9) :56-58.

[5]张昌爱,沈玉文,林海涛,等.草莓大棚内沼气池的生态效益分析[J].山东农业科学,2012,44(10):84-88.

[6]李亚冰,张丽萍,史延茂,等.利用菌糠厌氧发酵生产沼气初步研究[J].江苏农业科学,2009,1:306-308.

[7]程辉彩,张丽萍,崔冠慧,等.平菇菌糠发酵生产沼气技术研究[J].中国食用菌,2010,29(5):46-49.

[8]劳家柽著.土壤农化分析手册[M].北京:农业出版社,1988,229-298.

[9]艾平,张衍林,盛凯,等.稻秸厌氧发酵产沼气预处理[J].农业工程学报,2010,26(7):266-271.

[10]Xie S,Lawlor P G,Frost J P,et al. Effect of pig manure to grass silage ratio on methane production in batch anaerobic co-digestion of concentrated pig manure and grass silage[J].Bioresource Technology,2011,102(10):5728-5733.

[11]刘战广,朱洪光,王彪,等.粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响[J].农业工程学报,2009,25(4):196-199.

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